11第十一章 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢

2. 转氨基作用
转氨基作用是α-氨基酸和α-酮酸之间的氨基转移反 应。 催化转氨基作用的酶叫做转氨酶或氨基移换酶。 转氨酶广泛存在于生物体内。已经发现的转氨酶至 少有50多种。用15N 50 N标记的氨基酸证明，除甘氨酸、赖氨 酸和苏氨酸外，其余的α-氨基酸都可参加转氨基作用，其 中以谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)最重要。
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（二）脱羧基作用
1.直接脱羧基作用 2.羟化脱羧基作用
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1.直接脱羧基作用
氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成胺类 化合物。 氨基酸脱羧酶广泛存在于动植物和微生物体内， 以磷酸吡哆醛作为辅酶。 植物体内谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸脱去羧基生成 γ-氨基丁酸。组氨酸脱羧生成组胺，酪氨酸脱羧生成酪 胺，赖氨酸脱羧生成戊二胺(尸胺)，鸟氨酸脱羧生成丁 二胺(腐胺)等。所生成的胺类很多都具有活跃的生理作 用。
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4. 非氧化脱氨基作用
微生物中主要进行非氧化脱氨基作用，方式有3 种： ①还原脱氨基作用 在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能利用 还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。
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②脱水脱氨基作用 丝氨酸和苏氨酸的脱氨基也可经脱水的方式完 成，催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。
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含蛋白质丰富的物质经腐败细菌作用时，常发生氨基酸 的脱羧反应，生成这些胺类。
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2.羟化脱羧基作用
酪氨酸在酪氨酸酶的催化下可发生羟化作 用而生成3,4-二羟苯丙氨酸，简称多巴(dopa)， 它可进一步脱羧生成3,4-二羟苯乙胺，简称多巴 胺(dopamine)。
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（1）泛肽途径
Hershko, A.等1978年从网织红细胞依赖ATP的 蛋白质水解系统中分离出一种热稳定因子，由76个 氨基酸组成，后来发现它广泛存在于各类真核细胞， 因而命名为泛肽(ubiquitin)。 在泛 肽 激活酶 (E1) 、泛 肽载 体 蛋 白 (E2)和 泛 肽—蛋白连接酶(E3)的共同作用下，泛肽C-端羧基 与底物蛋白中赖氨酸残基ε-氨基形成异肽键，后续 泛肽以类似方式连接成串(至少4个)，完成对底物蛋 白的多泛肽化标记，形成多泛肽化蛋白。须ATP。
③生成铵盐 有些植物组织中含有大量的有机酸，如异 柠檬酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸和草酰乙酸 等，氨可以和这些有机酸结合生成铵盐，以保 持细胞内正常的pH。 ④通过鸟氨酸循环排出体外
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2.鸟氨酸循环（尿素循环 urea cycle）
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（2）溶酶体系统
溶酶体的主要功能是消化作用，是细胞内 的消化器官。一方面可以降解由于内吞作用进 入细胞的大分子物质，另一方面可以清除自身 无用的的生物大分子。
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二、氨基酸的分解代谢
蛋白质降解成氨基酸后，氨基酸可通过 脱氨基作用和脱羧基作用进一步分解。 （一）脱氨基作用 （二）脱羧基作用
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（2）生成谷氨酰胺和天冬酰胺 氨可以通过谷氨酰胺合成酶或天冬酰胺合 成酶催化生成相应的酰胺，这些酰胺又可以经 过谷氨酰胺酶或天冬酰胺酶的作用，将NH3 重 新释放出来。因此，生成酰胺的形式既是生物 体贮藏和运输氨的主要方式，也是解除氨毒的 一条主要途径。
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（一） 脱氨基作用
包括： 1.氧化脱氨基 2.转氨脱氨基 3.联合脱氨基 4.非氧化脱氨基 5.脱酰胺作用 这是氨基酸主要的转化方式。
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1.氧化脱氨基
氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应酮酸的 过程，称作氧化脱氨基作用。 催化氧化脱氨基的酶有 脱氢酶 和 氧化酶 ，脱氢 酶中最重要的是谷氨酸脱氢酶，以NAD或NADP为 辅酶，催化谷氨酸氧化脱氨，生成α-酮戊二酸。
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所有的转氨酶的辅酶都是磷酸吡哆醛。
转氨酶催化的反应是可逆的，平衡常数为10左 右，即反应可向左右两个方向进行。
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3.联合脱氨基作用
氨基酸的转氨作用并不能最终使氨基脱掉。 同时，氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需 要。因此一般认为L-氨基酸在体内不是直接氧化 脱氨，而是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相应 的α-酮酸和谷氨酸，谷氨酸可通过2种方式氧化脱 氨。
（二）胞内蛋白降解
1.细胞内蛋白质降解的意义 蛋白质与其它细胞组分一样，都处于不断降 解和更新的周转过程中。 细胞内蛋白质的周转是十分复杂和受到精密 控制的过程，周转速率不仅与生物体的种类、营 养状况、环境因素、发育阶段等有关，还与蛋白 质的种类有关。细胞内蛋白质降解对细胞生长发 育和适应内外环境变化有重要功能：
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（2）蛋白在小肠内被水解成氨基酸和小肽 在小肠内，食物蛋白由胰液（含有胰蛋白酶、胰 凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶A和B）和小肠中 的肠激酶(enterokinase)、氨肽酶和二肽酶(dipeptidase) 进一步消化。
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③由解氨酶催化的脱氨基反应 苯丙氨酸解氨酶可催化苯丙氨酸和酪氨酸发生脱氨。
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5. 脱酰胺基作用 谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的 作用下分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。 谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶广泛存在于微生物和动植物 细胞中，具有很高的专一性。在花生种子发芽期，可观察 到脱酰胺反应。
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2.细胞质内有两个最重要的蛋白质降解系统：溶酶体 系统和泛肽系统 溶酶体系统包括多种在酸性pH下活化的小分子 量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长寿命蛋 白质和外来蛋白。 泛肽系统在pH=7.2的胞液中起作用，因此又称 为碱性系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白。
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③维持体内氨基酸代谢库 体重70kg的健康成人，体内约有组织蛋白14000g， 每日分解和重新合成的蛋白质约300~500g，由食物提 供的氨基酸约70～100g，自己合成的氨基酸约30~40g， 血液和组织内的氨基酸(代谢库)约300~700g。
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第十一章 蛋白质的降解和氨基酸的代谢
肽链外切酶包括氨肽酶(aminopeptidase)和羧肽酶 (carboxypepidase)，分别从氨基端和羧基端逐一地将肽 链水解成氨基酸。 羧肽酶A优先作用于中性氨基酸为羧基端的肽键； 羧肽酶B则水解以碱性氨基酸为羧基端的肽键。
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2.食物中蛋白的消化吸收
（1）蛋白质在胃中被不完全吸收 胃中食物蛋白的消化是在胃蛋白酶作用下进 行的。胃腺分泌的胃蛋白酶原(pepsmogen)受胃酸 和自身激活作用，切去氨基端42个氨基酸残基活化 为胃蛋白酶(pepsin)。 胃蛋白酶最适pH为1.5～2.5，主要水解色氨酸、 苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、亮氨酸等氨基酸残基 的氨基组成的肽键，生成多肽及少量氨基酸。
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第十一章 蛋白质的降解和 氨基酸的代谢
一、蛋白质的酶促降解 ＊蛋白的胞外降解 ＊蛋白的胞内降解 二、氨基酸的分解代谢 ＊脱氨基作用 ＊脱羧基作用 三、产物的去向 ＊氨的去向 ＊α-酮酸的去向 四、氨基酸的生物合成
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一、蛋白质的酶促降解
三、氨基酸降解产物的去向
氨基酸降解时，通过脱氨和脱羧作用生成了 各种降解产物，如NH3、α-酮酸和胺类等。这些 产物在体内进一步发生代谢转变。 （一）氨的代谢转变 （二）鸟氨酸循环（尿素循环 urea cycle) （三）α-酮酸的代谢转变
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1. 氨的代谢转变
游离氨对动、植物机体是有毒害作用的，在正 常情况下细胞中游离氨浓度非常低。随着对氨的吸收 和脱氨基作用的进行，细胞不断地将氨转变为无毒 (或毒性较小)的化合物。动植物机体内氨的代谢转变 主要方式有： （1）重新合成氨基酸 当组织细胞中碳水化合物代谢旺盛时，氨可与 碳水化合物转化成的α-酮酸发生氨基化反应重新生成 氨基酸。虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨 基酸时并不能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸 的种类。
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①转氨酶—谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用 通过转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的 脱氨基作用，所以称为联合脱氨基作用。
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②转氨酶——嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用 L-谷氨酸脱氢酶在动物组织如肝、肾等脏器中含量丰 富，活力很强。但在心肌、骨肌和脑组织中该酶含量甚少， 相反，在这些组织中腺苷酸脱氨酶、腺苷琥珀酸合成酶和 腺苷酸琥珀酸裂解酶的含量及活性都很高。因此认为在这 些组织中的脱氨基过程主要是嘌呤核苷酸循环的联合脱氨 基作用。 实验证明，在脑组织中有50％的氨是经过腺嘌呤核苷 酸循环产生的。
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①基因突变、生物合成误差、自发变性、 自由基破坏以及环境胁迫和疾病均可导致反常 蛋白的产生，其中有些可以重新恢复成正常蛋 白。大多数反常蛋白必须被及时地降解清除， 以免ห้องสมุดไป่ตู้扰正常的生命活动。
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②短寿命蛋白虽然不到总蛋白的10％，但却包括许 多代谢途径的限速酶，控制细胞周期和细胞分化、细 胞增殖的蛋白质，调节基因表达的转录因子等，具有 十分重要的生理功能。由于它们的半寿期很短，便于 通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控。 另外，生长发育及细胞分化过程中代谢途径的改变， 也涉及到酶蛋白的降解。
④防御机制的组成部分。 例如高等动物免疫系统的单核吞噬细胞中含有特 殊的溶酶体，其中有一系列组织蛋白酶和其它水解酶， 可将吞入的病原体、异物等降解和清除。 ⑤蛋白质前体的裂解加工。 另外，为了有效地利用转基因技术生产有价值的 蛋白质，也需要了解细胞内蛋白质降解机制，以免这 些外来蛋白被转基因生物破坏。
（一）蛋白的胞外降解
蛋白质的降解主要是水解。水解肽键的酶普遍存 在于生物体内，包括消化道中消化食物蛋白的蛋白酶， 血液中参与血液凝固和溶解血栓的酶以及补体系统， 也包括细胞内蛋白酶。 1.蛋白水解酶 可按其作用特点分为肽链内切酶 (endopeptidase)和肽链外切酶(expeptidase)。
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酪氨酸酶是一种含铜酶。多巴进一步氧化后 形成聚合物黑素(melanin)。 马铃薯、苹果和梨等切开后变黑，就是由于 形成了黑素。 人体的表皮基底层及毛囊中有成黑素细胞， 可将酪氨酸转变为黑素，使皮肤及毛发呈黑色。 植物体内，由多巴和多巴胺可形成生物碱。
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氧化酶存在于动物肝、肾和某些细菌、真菌中， 以FAD或FMN为辅基，在有氧条件下催化氨基酸氧化 脱氨生成相应酮酸和H2O2。
L-氨基酸氧化酶最适pH为10，在体内生理条件下，活性 很低，因此氨基酸氧化酶在脱氨作用中不起主要作用。
第十一章 蛋白质的降解和氨基酸的代谢
第十一章 蛋白质的降解和氨基酸的代谢
肽链内切酶又称蛋白酶(proteinase)，水解肽链 内部的肽键，对参与形成肽键的氨基酸残基有一定 的专一性。 如胰蛋白酶、凝血酶作用于精氨酸或赖氨酸的 羧基形成的肽键；胰凝乳蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶 水解芳香氨基酸的羧基形成的肽键；胃蛋白酶优先 水解芳香氨基酸的氨基形成的肽键；而脯氨酰蛋白 酶只能作用于脯氨酸的羧基形成的肽键。